湖北仙女山人工隧洞现代石笋气候学——灰度及其指示意义

以长江三峡岩溶地区仙女山隧洞内一根生长期为9年的现代石笋为研究对象,利用数字图像分析技术获得高分辨率的年际-季节时间尺度的石笋灰度序列。与当地器测气象数据进行对比分析发现,仙女山石笋灰度和降水量、温度具有相似的变化趋势:降水量越大,温度越高,石笋灰度值越大;降水量越小,温度越低,石笋灰度值越小。关于影响石笋灰度变化的主导因素是降水量还是温度,还需要进一步深入的研究。      

全新世早期石笋灰度序列记录的气候环境信息分析——以重庆羊口洞石笋为例

以采自重庆南川地区金佛山羊口洞中一支石笋YK719为研究对象,利用精确的230Th测年数据、δ18O数据和灰度数据重建了重庆地区早全新世古气候变化序列。将石笋YK719灰度序列和δ18O记录进行对比后发现,在弱季风时段,石笋δ18O值偏重,石笋灰度值较高,灰度序列表现出“谷”构造;反之亦然。分析显示羊口洞石笋灰度序列与树轮Δ14C数据、太阳黑子数据具有较高的相关性,说明太阳活动是驱动石笋灰度序列变化的一个重要因素。太阳活动可能通过温度和季风降水两方面来影响石笋灰度的变化:温度升高促使土壤微生物活动量增加,土壤中可溶性有机碳和CO2含量增加,从而形成较为纯净的方解石沉积物,石笋颜色暗而透明,反之,石笋表现为不透明乳白色;北大西洋浮冰变化在早全新世可能通过季风－欧亚大陆雪盖耦合来间接地影响亚洲季风降水变化,从而影响石笋灰度的变化。      

179～129 ka B.P.时段千年尺度气候事件的湖北神农架石笋记录

根据湖北神农架1支石笋(SB11)13个230Th年龄和638个δ18O数据,重建了179～129 ka B.P.时段连续的高分辨率东亚夏季风历史.轨道尺度上石笋δ18O曲线呈现2个岁差旋回,指示东亚夏季风强弱变化受北半球夏季日辐射能量变化驱动.一系列千年尺度季风事件叠加于轨道尺度季风气候旋回上,与已有的东亚季风事件、北大西洋冰漂碎屑事件及地中海降温事件具有比较相似的变化规律,进一步证明了倒数第二次冰期千年尺度气候事件在北半球具有普遍性.山宝洞石笋记录与葫芦洞石笋记录的对比结果表明,最后两个冰期旋回千年尺度事件发生频率及变化幅度非常相似,有力地支持了千年尺度气候事件的冰量驱动模式.     

MIS 3晚期东亚季风强度和DO事件年龄

基于神农架山宝洞石笋(SB46)的9个230Th年龄和326个氧同位素数据,建立了末次冰期32.2～26.7kaB.P.和17.0～15.4kaB.P.的东亚季风降水序列。该序列和同一洞穴全新世石笋记录的对比发现,在MIS3晚期东亚季风区可能存在极强夏季风降水事件,相当于全新世季风强度,可能与岁差旋回太阳辐射及海陆水汽潜热释放增强有关。与葫芦洞石笋δ18O记录和格陵兰冰芯δ18O记录对比表明,东亚夏季风千年尺度气候振荡与高北纬地区海-气快速重组存在遥相关效应。山宝洞石笋年龄与葫芦洞石笋和格陵兰冰芯时标(SS09sea)在定年误差范围内基本一致,但山宝洞石笋与冰芯记录在DO事件的年龄、波形和持续时间上更为一致,不仅进一步说明了低纬季风气候与极地气温同步变化,而且有效地弥补了葫芦洞记录在这一时段的不足。     

辽宁暖和洞石笋δ13C记录的古气候环境意义初探

基于辽宁暖和洞石笋NH33铀系测年结果,利用900条年纹层及302个碳、氧同位素和灰度数据,建立全新世大暖期内近1000年的石笋δ13C与灰度序列(8638±60 - 7748±53 aBP)。碳同位素与灰度序列细节特征变化趋势上的一致性,证实了δ13C所指示的古气候意义。在百年尺度上,石笋δ13C主要响应于温度变化,由地表生物量的变化驱动。石笋δ13C序列可进一步划分为3个气候段:(1)8655 – 8366 aBP,气候偏热;(2)8366 – 8048 aBP,气候转冷;(3)8048 – 7756 aBP,气候相对温暖。这与同时段孢粉记录具有很好的一致性。其中,8366-8048aBP的冷期与北大西洋地区“8.2 kaBP冷事件”相吻合。石笋δ13C记录中也包含一定的非气候因素,主要由渗水速率变化引起围岩CaCO3溶解量的变化造成。将石笋δ13C和灰度数据进行回归分析,可有效地剔除这一水动力因素的影响。      

湖北神农架石笋年纹层与氧碳同位素关系

基于湖北神农架青天洞石笋U 系测年和年纹层统计结果,分别建立了末次盛冰期( 17 474± 174～ 16 105± 151 aB. P. )和全新世大暖期( 6 935. 4± 33. 8～6 137± 48 aB. P. )长达1 000余年的两个石笋年纹层生长序列。全新世大暖期年纹层平均厚度( 265μm) 约为末次盛冰期( 102μm)的2. 5倍,说明在间冰期东亚季风增强时石笋沉积速率较大,冰期时则相反。两支分辨率为4～ 8年的石笋年纹层厚度与δ13 C变化曲线对比显示: 在百年尺度上,石笋年纹层厚度与δ13 C变化曲线均呈良好的相关性(相关系数分别为- 0. 53和- 0.60) ,说明两指标可能受洞穴上覆土壤带CO2 产率这一主控因素的影响。当上覆土壤层生物活动增强, CO2 分压较高时,导致石笋δ13 C值偏负、生长速率增大。然而,在相同尺度上,两支石笋δ18O变化与对应的δ13 C及年纹层厚度之间的相关性较弱,反映研究地点上覆土壤层CO2产率对东亚夏季风强弱变化响应关系比较复杂。      

神农架三宝洞倒数第二次冰期高分辨率石笋δ13C记录

基于神农架三宝洞两支石笋24个230Th年龄以及637个δ13C测试数据,建立了倒数第二次冰期191±1.8～133±0.6kaB.P.时段洞穴石笋高分辨率δ13C的时间序列.在冰期/间冰期尺度上,δ13C值振幅达4.5％,整体变化趋势与全球冰量曲线类似.在倒数第二次冰期,石笋δ13C记录揭示出一系列较大振荡幅度的千年...     

中国黄土高原西缘甘肃万象洞MIS 5石笋δ18O记录与南方地区石笋记录的对比研究

位于青藏高原与黄土高原过渡带的甘肃武都万象洞石笋WXSM51和WXSM52提供了MIS 5(118～79 kaB.P.)高分辨率的δ18O记录.研究表明,万象洞石笋δ18O值与夏季风强度呈负相关关系,与我国西南部的贵州董歌洞石笋δ18O记录有良好的对应关系,并与高纬度的格陵兰NGRIP冰芯δ18O记录和65°N太阳辐射强度有很好的一致性,说明万象洞石笋δ18O记录了118～79 kaB.P.期间亚洲季风强度的变化,同时也说明东亚季风强度的变化和全球气候变化同步,而且主要受控于北半球太阳辐射强度的变化.同时它与地中海碳酸盐记录有很好的相似性,和巴西石笋δ18O记录在千年尺度上表现出相反的变化趋势,说明东亚季风区、地中海地区以及巴西季风区之间存在密切的联系,指示了南北半球气候在千年尺度上存在"跷跷板"(seesaw)现象.万象洞石笋δ18O记录的MIS 5b与MIS 5a突发性转换,与NGRIP冰芯δ18O记录相似,而与神农架记录存在差异,说明万象洞地区对亚洲季风强度的响应更为敏感.     

小冰期东亚夏季风快速变化特征:湖北石笋记录

研究小冰期的结构特征及动力机理有助于理解全球增暖和极端气候事件的原因。基于湖北永兴洞总长为120 mm的YX275石笋7个高精度230Th年龄和120个氧同位素数据,重建了1361~1955 A.D.时段分辨率达5 a的东亚夏季风降水变化序列。该石笋δ^18O值在-7.8 ‰^-9.3 ‰范围内波动,长期趋势呈现出先缓慢增大后减小的变化特征,整体呈下凹形态。该记录与中国季风区北部和南部石笋记录变化大体一致,指示小冰期发生时东亚夏季风水循环发生减弱变化。在百年-数十年尺度上,YX275石笋记录的小冰期内5次显著季风降水减弱事件与南部贵州董哥洞、织金洞石笋记录变化一致,但不同于北方大鱼洞、九仙洞、黄爷洞和万象洞石笋记录的5次小幅度季风旋回特征,表明小冰期时中国南北部夏季风降水在短时间尺度上可能存在着区域差异。该记录与太阳总辐照度记录和北半球温度记录变化一致,表明太阳总辐照度和北半球温度变化对东亚夏季风水文变化有重要驱动作用。     

石笋中的环境替代指标及其蕴含的古气候和古环境信息

在古气候和古环境的研究中,洞穴石笋已成为一种重要的研究载体.分别对其中的石笋微层厚度(即石笋的生长速度),石笋的断裂、坍塌和沉积间断,石笋中磁化率等物理替代指标以及石笋微层荧光性和灰度,稳定同位素,微量元素分布等化学替代指标进行了综述,其中化学替代指标分为有机地球化学指标和无机地球化学指标.对各指标存在的问题进行了探讨,同时对石笋在古气候变化中的研究前景进行了展望.